KR100440524B1 - 조명 장치, 액정 장치 및 전자기기 - Google Patents

조명 장치, 액정 장치 및 전자기기 Download PDF

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KR100440524B1
KR100440524B1 KR10-2001-0041904A KR20010041904A KR100440524B1 KR 100440524 B1 KR100440524 B1 KR 100440524B1 KR 20010041904 A KR20010041904 A KR 20010041904A KR 100440524 B1 KR100440524 B1 KR 100440524B1
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

광이 공급되는 대상물의 형상에 따라 광을 효율적으로 그 대상물에 입사시킬 수 있는 광원 장치를 제공한다. 상기 광원 장치는 LED와 같은 발광 소자(43)로부터 나오는 광을 수취하는 렌즈(44A, 44B, 44C)를 갖는 광원 장치(41A, 41B, 41C)이다. 렌즈(44A) 등은 Y방향의 광 출사 지향성이 그것과 직각인 X방향의 광 출사 지향성보다도 강한 특성을 갖는 렌즈이다. 즉, 발광 소자(43)로부터 나온 광은 Y방향에 대해서는 좁은 각도 범위로 수렴되고, X방향에 대해서는 넓은 각도 범위로 분산된다. 이 광원 장치(41A) 등을 액정 장치의 조명 장치의 광원으로서 이용하는 경우에는, 도광체의 높이 방향, 즉 치수가 작은 방향을 Y방향으로 일치시켜, 도광체의 폭 방향 즉 치수가 큰 방향을 X방향으로 일치시킨다.

Description

조명 장치, 액정 장치 및 전자기기{LIGHT SOURCE DEVICE, ILLUMINATION DEVICE, LIQUID CRYSTAL DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 등과 같은 발광 소자를 이용하여 이루어지는 광원 장치, 그 광원 장치를 이용하여 이루어지는 조명 장치, 그 조명 장치를 이용하여 이루어지는 액정 장치, 그리고 그 액정 장치를 이용하여 이루어지는 전자기기에 관한 것이다.
최근, 컴퓨터, 휴대 전화기 등과 같은 전자기기에 액정 장치가 널리 이용되고 있다. 이 액정 장치는, 일반적으로, 전극을 구비한 한 쌍의 기판 사이에 액정을 유지하고, 전극 사이에 전압을 인가하여 액정의 배향을 제어하고, 이것에 의해, 액정을 통과하는 광을 변조하여 상의 표시를 행한다.
액정 장치를 액정으로의 광의 공급 방법에 근거하여 구별하면, 한쪽의 기판의 외면(外面) 또는 내면(內面)에 마련한 반사판에 의해서 외광을 반사하는 구조의 반사형 액정 장치나, 한쪽 기판의 외측에 마련한 조명 장치에 의해서 액정에 광을 평면적으로 공급하는 구조의 투과형 액정 장치나, 외광이 있는 경우에는 반사형으로서 기능함과 동시에, 외광이 불충분한 경우에는 투과형으로서 기능하는 반(半)투과 반(半)반사형 액정 장치 등과 같은 각종 액정 장치가 알려져 있다.
투과형 액정 장치나 반투과 반반사형 액정 장치 등에서 이용되는 조명 장치로서, 종래, 광을 출사하는 광원 장치 및 그 광원 장치로부터 나온 광을 평면적으로 넓혀 출사하는 도광체를 갖는 구조의 조명 장치가 알려져 있다. 또한, 광원 장치로서, 종래, 예컨대 일본 특허 공개 소화 제62-105486호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, LED 등과 같은 발광 소자로부터 나온 광을 렌즈를 통해서 외부로 출사하는 구조의 것이 알려져 있다. 또한, 동 공보에 따르면, 렌즈로서 비구면 렌즈를이용하는 것도 알려져 있다.
그러나, 일본 특허 공개 소화 제62-105486호 공보에 개시된 광원 장치에서 이용되는 비구면 렌즈는 무지향성인 것, 즉, 발광 소자로부터 나온 광을 수렴시키는 데 있어서 방향성이 없는 것, 환언하면, 모든 방향에 대해서 전부 광을 수렴시키는 성질을 갖고 있었다.
이러한 광의 수렴에 관한 무지향성은 경우에 따라서는 바람직한 특성이지만, 그 반면, 경우에 따라서는 바람직하지 못한 특성이기도 한다. 예컨대, 액정 장치에서 이용되는 도광체에, 될 수 있는 한 많은 광을 공급하려는 경우와 같이, 도광체의 높이 방향에 대해서는 광을 수렴시키려 하지만, 높이 방향에 대하여 직각인 폭 방향에 대해서는 광을 수렴시키려 하지 않는 것과 같은 경우에는, 광의 수렴에 대해서 지향성이 없는 광원 장치는 광을 유효하게 이용하는 것에 대해서 충분히 만족할 수 있는 것은 아니었다.
본 발명은 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것으로서, 광을 공급하는 대상물의 형상에 따라 광을 효율적으로 그 대상물에 입사시킬 수 있는 광원 장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한 본 발명은 도광체를 구비한 조명 장치에 있어서 그 도광체에 효율적으로 광을 입사시킬 수 있도록 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한 본 발명은 액정 패널에 광을 공급하여 표시를 행하는 액정 장치에 있어서, 광원에 관한 발광 능력, 즉 소비 전력을 변경시키지 않고, 밝고, 보기 쉬운 표시를 할 수 있도록 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
또한 본 발명은 소비 전력이 작고, 밝고, 보기 쉬운 표시를 할 수 있는 전자기기를 제공하는 것을 제 4 목적으로 한다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광원 장치, 조명 장치 및 액정 장치 각각의 일실시예를 분해 상태로 나타내는 사시도,
도 2는 도 1에 나타내는 액정 장치의 단면 구조를 나타내는 단면도,
도 3은 도 1에 나타내는 액정 장치를 구성하는 액정 패널의 전기적 구성을 모식적으로 도시하는 도면,
도 4는 도 3의 액정 패널에 있어서의 1 화소 분량의 구조를 도시하는 도면으로, (a)는 평면도이며, (b)는 (a)의 A-A 선에 따른 단면도,
도 5는 소자 기판에 있어서의 전계 방향을 나타내는 단면도,
도 6은 소자 기판에 있어서의 전계 강도와 액정 분자의 배열과의 관계를 모식적으로 도시하는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 광원 장치 중 몇 개의 실시예를 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 광원 장치의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 전자기기의 표시 제어계의 일 실시예를 나타내는 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 전자기기의 일 실시예를 나타내는 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 전자기기의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 광원 장치에 관한 출사광의 지향 특성 및 그 측정 방법을 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정 장치 2 : 액정 패널
3a : FPC 4 : 도광체
5 : 제어 기판
7a : 제 1 기판(소자 기판) 7b : 제 2 기판(대향 기판)
8a, 8b : 액정 구동용 IC 9 : ACF
21 : 광원 장치 41A, 41B, 41C : 광원 장치
42 : 베이스 43 : 발광 소자
44A, 44B, 44C : 렌즈 44d : 광 입사면
44e : 광 출사면 L : 액정
M : 액정 분자 W : 슬릿 폭
(1) 상기 제 1 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 1 광원 장치는 발광 소자와, 그 발광 소자로부터 나오는 광을 수취하는 렌즈를 갖는 광원 장치에 있어서, 상기 렌즈는 일 방향의 광 출사 지향성이 그것과 직각 방향인 광 출사 지향성보다도 강한 특성을 갖는 렌즈, 예컨대 비구면 렌즈인 것을 특징으로 한다.
이 구성의 광원 장치는, 예컨대 도 7(a)에 나타내는 것과 같은 구조를 갖고, 이 광원 장치(21)에 대하여 도 12(b)에 나타내는 것과 같은 측정을 행하면, 예컨대 도 12(a)에 나타내는 것과 같은 출사광에 대한 지향 특성이 요구된다. 또, 도 7(a)에 있어서, 참조부호 43은 발광 소자를 나타내고, 참조부호 44A는 렌즈를 나타낸다.
도 12(b)에 나타내는 측정에서는, 발광 소자(43)에 대한 수광기(73)의 광취입 각도 θ를 0°∼90° 사이에서 순차적으로 변경하여, 각 각도에서 수광기(73)에 의해서 광도를 측정한다. 또한, 도 12(a)에서는 세로축을 상대 광도로 하고, 가로축을 광의 출사 각도 θ로 하고 있다. 그리고, 곡선 X는 도 7(a)에 나타내는 광원 장치(21)의 가로 방향 X에 대한 출사광의 지향 특성을 나타내고, 곡선 Y는 가로 방향 X에 대하여 직각인 세로 방향 Y에 관한 출사광의 지향 특성을 나타내고 있다.
예컨대, 도 12(a)에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 광원 장치에서는, 일 방향 X에 대해서는 출사광의 지향성이 없고, 그것과 직각인 방향 Y에 대해서는 강한 지향성을 가지고 있다. 즉, X방향에 대해서는 임의의 각도로 광을 발산하지만, Y방향에 대해서는 강도가 강한 광이 좁은 각도 범위로 한정되어 출사된다. 이 때문에, 광을 공급하는 대상물의 형상에 따라 적절히 X방향 및 Y방향을 설정함으로써, 광이 대상물 이외의 위치로 불필요하게 진행되는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 그 결과, 광을 효율적으로 그 대상물에 입사시키는 것이 가능해진다.
(2) 상기 제 1 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 2 광원 장치는 발광 소자와, 그 발광 소자로부터 나오는 광을 수취하는 렌즈를 갖는 광원 장치에 있어서, 상기 렌즈는 평면 형상의 광 입사면과 비평면 형상의 광 출사면을 갖고, 상기 광 출사면은 일방향에 대해서는 광 입사면으로부터의 높이가 변화되고, 그 일방향과 직각 방향에 대해서는 광 입사면으로부터의 높이가 일정한 형상인 것을 특징으로 한다.
이 구조의 광원 장치에 따르면, 예컨대 도 7(a)에 도시하는 바와 같이, 렌즈(44A)의 광 입사면(44d)이 평면 형상으로 형성되고, 광 출사면(44e)이 비평면 형상으로 형성된다. 또한, 광 출사면(44e)은 일방향 X에 대해서는 어떤 점을 취하여도 광 입사면(44d)으로부터의 높이가 일정하며, 직각 방향 Y에 대해서는 어떤 점을 취하여도 광 입사면(44d)으로부터의 높이가 변화하는 형상, 도 7(a)의 경우에는 단면 원호 형상으로 형성된다.
렌즈를, 예컨대 도 7(a)에서 참조부호 44A로 나타내는 것과 같은 형상으로 형성함으로써, 발광 소자(43)로부터 나오는 광을 X방향에 대해서는 무지향성으로 발산시킬 수 있고, 한편, Y방향에 대해서는 광 출사면(44e)의 형상 변화에 따른 지향성을 갖게 하여 광을 출사할 수 있다. 이 때문에, 광을 공급하는 대상물의 형상에 따라 적절히 X방향 및 Y방향을 설정함으로써, 광이 대상물이외의 곳으로 불필요하게 진행되는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 그 결과, 광을 효율적으로 그 대상물에 입사시키는 것이 가능해진다.
상기 제 1 및 제 2 광원 장치에 있어서 상기 렌즈는, 예컨대, 도 7(a)에 참조부호 44A로 나타내는 것과 같은 반원 기둥 형상, 도 7(b)에 참조부호 44B로 나타내는 것과 같은 프리즘 형상 또는 도 7(c)에 참조부호 44C로 나타내는 것과 같은 표면이 프레넬 렌즈(Fresnel lens)인 부분 원주 형상 등과 같은 형상으로 형성될 수 있다.
(3) 상기 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 1 조명 장치는 광을 출사하는 광원 장치와, 그 광원 장치로부터의 광을 광 입사면에서 수취하여 광 출사면으로부터 출사하는 도광체를 갖는 조명 장치에 있어서, 상기 광원 장치는 발광 소자와, 그 발광 소자로부터 나오는 광을 수취하는 렌즈를 갖고, 상기 렌즈는 일방향의 광 출사 지향성이 그것과 직각 방향인 광 출사 지향성보다도 강한 특성을 갖는 렌즈이며, 광 출사 지향성이 강한 상기 일방향은 상기 도광체의 높이 방향으로 설정되고, 광 출사 지향성이 약한 상기 직각 방향은 상기 도광체의 폭 방향으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
이 조명 장치에 따르면, 도광체의 광 입사면 중 치수가 작은 높이 방향에 대해서는 광원 장치의 출사광의 지향 특성을 강하게 설정했기 때문에, 광원 장치로부터의 광을 보다 많이 도광체로 입사시킬 수 있게 되어, 도광체에 대한 광의 입사 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도광체의 광 입사면 중 치수가 큰 폭 방향에 대해서는 출사광의 지향 특성을 약하게 설정하여 광을 분산시키도록 했기 때문에, 광도의 균일화를 달성할 수 있다.
(4) 상기 제 2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 2 조명 장치는 광을 출사하는 광원 장치와, 상기 광원 장치로부터의 광을 광 입사면에서 수취하여 광 출사면으로부터 출사하는 도광체를 갖는 조명 장치에 있어서, 상기 광원 장치는 발광 소자와, 그 발광 소자로부터 나오는 광을 수취하는 렌즈를 갖고, 상기 렌즈는 평면 형상의 광 입사면과 비평면 형상의 광 출사면을 갖고, 상기 광 출사면은 일방향에 대해서는 광 입사면으로부터의 높이가 변화되고, 그 일방향과 직각 방향에 대해서는 광 입사면으로부터의 높이가 일정한 형상이며, 상기 일방향은 상기 도광체의 높이 방향으로 설정되고, 상기 직각 방향은 상기 도광체의 폭 방향으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
이 조명 장치에 따르면, 도광체의 광 입사면 중 치수가 작은 높이 방향에 대해서는 렌즈의 광 출사면의 형상에 변화를 갖게 하여, 도광체의 광 입사면 중 치수가 큰 폭 방향에 대해서는 렌즈의 광 출사면의 형상을 일정하게 유지하도록 했기때문에, 도광체의 광 입사면의 높이 방향에 대해서는 다량의 광을 집중시켜 도광체에 취입할 수 있어, 도광체에 대한 광의 입사 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도광체의 광 입사면의 폭 방향에 대해서는 광을 분산시켜 광도의 균일화를 달성할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 조명 장치에 있어서 상기 렌즈는, 예컨대, 도 7(a)에 참조부호 44A에서 나타내는 것과 같은 반원 기둥 형상, 도 7(b)에 참조부호 44B에서 나타내는 것과 같은 프리즘 형상, 또는 도 7(c)에 참조부호 44C에서 나타내는 것과 같은 표면이 프레넬 렌즈인 부분 원주 형상 등과 같은 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 조명 장치에 대해서는, 광원 장치 측에 렌즈를 마련하는 것에 더하여, 도광체의 광 입사면에도 렌즈를 마련할 수 있다. 광원 장치로부터 나온 광을 도광체에 입사시키는 것에 대한 광의 입사 효율을 향상시키는 것을 고려했을 때에는, 그와 같이 광원 장치 측 및 도광체 측의 양자에게 렌즈를 마련하는 것이 바람직하다.
(5) 상기 제 3 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 1 액정 장치는 한 쌍의 기판 사이에 액정을 유지하여 이루어지는 액정 패널과, 그 액정 패널에 광을 공급하는 조명 장치를 갖는 액정 장치에 있어서, 상기 조명 장치는 광을 출사하는 광원 장치와, 그 광원 장치로부터의 광을 광 입사면에서 수취하여 광 출사면로부터 출사하는 도광체를 갖고, 상기 광원 장치는 발광 소자와, 그 발광 소자로부터 나오는 광을 수취하는 렌즈를 갖고, 상기 렌즈는 일방향의 광 출사 지향성이 그것과 직각 방향인 광 출사 지향성보다도 강한 특성을 갖는 렌즈이며, 광 출사 지향성이 강한 상기 일방향은 상기 도광체의 높이 방향에 설정되고, 광 출사 지향성이 약한 상기 직각 방향은 상기 도광체의 폭 방향으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
이 액정 장치에 이용되는 조명 장치에 따르면, 도광체의 광 입사면 중 치수가 작은 높이 방향에 대해서는 광원 장치의 출사광의 지향 특성을 강하게 설정했기 때문에, 광원 장치로부터의 광을 보다 많이 도광체에 입사시킬 수 있도록 되어, 도광체에 대한 광의 입사 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도광체의 광 입사면 중 치수가 큰 폭 방향에 대해서는 출사광의 지향 특성을 약하게 설정하여 광을 분산시키도록 했기 때문에, 광도의 균일화를 달성할 수 있다. 이상의 결과, 본 액정 장치에서는, 광원에 관하는 발광 능력, 즉 소비 전력을 변경하는 일없이, 밝고 보기 쉬운 표시를 할 수 있다.
(6) 상기 제 3 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 제 2 액정 장치는 한 쌍의 기판 사이에 액정을 유지하여 이루어지는 액정 패널과, 그 액정 패널에 광을 공급하는 조명 장치를 갖는 액정 장치에 있어서, 상기 조명 장치는 광을 출사하는 광원 장치와, 그 광원 장치로부터의 광을 광 입사면에서 수취하여 광 출사면로부터 출사하는 도광체를 갖고, 상기 광원 장치는 발광 소자와, 그 발광 소자로부터 나오는 광을 수취하는 렌즈를 갖고, 상기 렌즈는 평면 형상의 광 입사면과 비평면 형상의 광 출사면을 갖고, 상기 광 출사면은 일방향에 대해서는 광 입사면으로부터의 높이가 변화되며, 그 일방향과 직각 방향에 대해서는 광 입사면으로부터의 높이가 일정한 형상이며, 상기 일방향은 상기 도광체의 높이 방향으로 설정되고, 상기 직각 방향은 상기 도광체의 폭 방향으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
이 액정 장치에서 이용되는 조명 장치에 따르면, 도광체의 광 입사면 중 치수가 작은 높이 방향에 대해서는 렌즈의 광 출사면의 형상에 변화를 갖게 하고, 치수가 큰 도광체의 광 입사면의 폭 방향에 대해서는 렌즈의 광 출사면의 형상을 일정하게 유지하도록 했기 때문에, 도광체의 광 입사면의 높이 방향에 대해서는 다량의 광을 집중시켜 도광체에 취입하게 할 수 있어, 도광체에 대한 광의 입사 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도광체의 광 입사면의 폭 방향에 대해서는 광을 분산시켜 광도의 균일화를 달성할 수 있다. 이상의 결과, 본 액정 장치에서는, 광원에 대한 발광 능력, 즉 소비 전력을 변경하는 일없이, 밝고 보기 쉬운 표시를 할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 액정 장치에 있어서, 상기 렌즈는, 예컨대, 도 7(a)에 참조부호 44A로 나타내는 것과 같은 반원 기둥 형상, 도 7(b)에 참조부호 44B로 나타내는 것과 같은 프리즘 형상, 또는 도 7(c)에 참조부호 44C로 나타내는 것과 같은 표면이 프레넬 렌즈인 부분 원주 형상 등과 같은 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 액정 장치에 대해서는, 그 구성 요소인 조명 장치에 있어서, 광원 장치 측에 렌즈를 마련하는 것에 더하여, 도광체의 광 입사면에도 렌즈를 마련할 수 있다. 광원 장치로부터 나온 광을 도광체에 입사시키는 것에 대한 광의 입사 효율을 향상시키는 것을 고려했을 때에는, 그와 같이 광원 장치 측 및 도광체 측의 양자에 렌즈를 마련하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 액정 장치의 표시면에 밝고 보기 쉬운 표시를 할 수 있다.
(7) 다음에, 상기 제 4 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 전자기기는문자 등과 같은 상을 표시하는 액정 장치와, 그 액정 장치의 동작을 제어하는 제어 회로를 갖는 전자기기에 있어서, 상기 액정 장치가 상술한 제 1 액정 장치 또는 제 2 액정 장치에 의해서 구성되는 것을 특징으로 한다. 이 전자기기에서 이용하는 액정 장치에 대해서는, 발광원의 발광 능력을 높이는 일없이 액정 장치의 표시면에 밝고 보기 쉬운 표시를 할 수 있기 때문에, 이 액정 장치를 이용하는 본 전자기기에 따르면, 소비 전력이 작고, 밝고, 보기 쉬운 표시를 할 수 있다.
(광원 장치의 실시예)
도 7(a)는 본 발명에 따른 광원 장치의 일 실시예를 나타내고 있다. 여기에 나타내는 광원 장치(41A)는 베이스(42)의 표면에 마련된 발광 소자(43)와, 이 발광 소자(43)의 발광면에 마련된 렌즈(44A)를 갖는다. 렌즈(44A)는 반원 기둥 형상, 소위 생선 어묵 형상으로 형성되어 있다. 베이스(42)와 렌즈(44A)는 각각 별개인 것을 서로 접착시켜도 좋고, 또는 양자를 일체로 형성하여도 좋다.
발광 소자(43)는, 예컨대, LED(Light Emitting Diode)에 의해서 구성할 수 있다. 광원 장치(41A)로부터 백색광을 얻으려는 경우에는, 예컨대, 발광 소자(43)로서 청색 LED를 이용하여 그 청색 LED의 발광면에 YAG 형광체를 포함한 수지를 마련한다.
이렇게 하면, 청색 LED에서 발생한 청색광이 상기 수지를 통과할 때에, 그 청색광의 일부가 YAG 형광체에 접촉되어 황색광(즉, 녹색광과 적색광의 혼합)으로 변환되고, 이것이 YAG 형광체에 접촉되지 않고 외부로 출사된 청색광과 혼합하여백색광이 얻어진다.
렌즈(44A)는 평면 형상의 광 입사면(44d)과 비평면 형상의 광 출사면(44e)을 갖고, 광 출사면(44e)의 형상은 일방향인 Y방향에 대해서는 광 입사면(44d)으로부터의 높이가 변화하고, 즉 본 실시예의 경우는 원호 형상으로 변화되고, Y방향에 직각인 X방향에 대해서는 어떤 점에서도 광 입사면(44d)으로부터의 높이가 일정하다.
또한, 렌즈(44A)는 그 광 출사면을 상기한 바와 같은 생선 어묵 형상으로 형성함으로써, X방향에 대해서는 출사광에 지향성이 없고, Y방향에 대해서는 출사광의 지향성이 강하게 되어 있다. 즉, 렌즈(44A)는 X방향으로는 넓은 각도 범위로 광을 분산하여 출사하고, Y방향으로는 좁은 각도 범위 내에 한해서 광도가 높은 광을 집중적으로 출사한다. 이러한 출사광의 지향 특성은, 예컨대, 도 12(a)와 같은 그래프로 표시할 수 있다.
도 7(b)는 본 발명에 따른 광원 장치의 다른 실시예를 나타내고 있다. 여기에 나타내는 광원 장치(41B)는 렌즈(44B)로서 프리즘 형상, 즉 단면 삼각형 형상의 기둥 형상 부재를 이용한 것에서 도 7(a)의 광원 장치(41A)와 서로 다르다.
또, 동일 부재는 동일 부호를 부여하여 나타내기로 하고 설명은 생략한다. 본 실시예에 있어서도, 베이스(42)와 렌즈(44B)는 각각 별개의 것을 서로 접착시켜도 좋고, 또는 양자를 일체로 형성하여도 좋다.
렌즈(44B)는 평면 형상의 광 입사면(44d)과 비평면 형상의 광 출사면(44e)을 갖고, 광 출사면(44e)의 형상은 일방향인 Y방향에 대해서는 광 입사면(44d)에서의높이가 변화하고, 즉 본 실시예의 경우는 단면 삼각 형상으로 변화되고, Y방향에 직각인 X방향에 대해서는 어떤 점에서도 광 입사면(44d)으로부터의 높이가 일정하다.
또한, 렌즈(44B)는 그 광 출사면을 상기한 바와 같은 프리즘 형상으로 형성함으로써, X방향에 대해서는 출사광에 지향성이 없고, Y방향에 대해서는 출사광의 지향성이 강하게 되어 있다. 즉, 렌즈(44B)는 X방향으로는 넓은 각도 범위로 광을 분산하여 출사하고, Y방향으로는 좁은 각도 범위 내에 한해서 광도가 높은 광을 집중적으로 출사한다. 이러한 출사광의 지향 특성은, 예컨대, 도 12(a)와 같은 그래프로 표시할 수 있다.
도 7(c)는 본 발명에 따른 광원 장치의 또 다른 실시예를 나타내고 있다. 여기에 나타내는 광원 장치(41C)는 렌즈(44C)로서 표면에 프레넬 렌즈를 구비한 부분적인 원주 형상의 기둥 형상 부재를 이용한 것에서, 도 7(a)의 광원 장치(41A)와 서로 다르다. 또, 동일 부재는 동일 부호를 부여하여 나타내기로 하고 그 설명은 생략한다. 본 실시예에 있어서도, 베이스(42)와 렌즈(44C)는 각각 별개의 것을 서로 접착시켜도 좋고, 또는 양자를 일체로 형성하여도 좋다.
렌즈(44C)는 평면 형상의 광 입사면(44d)과 비평면 형상의 광 출사면(44e)을 갖고, 광 출사면(44e)의 형상은 일방향인 Y방향에 대해서는 광 입사면(44d)에서의 높이가 변화하고, 즉 본 실시예의 경우는 프레넬 렌즈 형상으로 변화되고, Y방향에 직각인 X방향에 대해서는 어떤 점에서도 광 입사면(44d)으로부터의 높이가 일정하다.
또한, 렌즈(44C)는 그 광 출사면을 상기한 바와 같은 프레넬 렌즈 형상으로 형성함으로써, X방향에 대해서는 출사광에 지향성이 없고, Y방향에 대해서는 출사광의 지향성이 강하게 되어 있다. 즉, 렌즈(44C)는 X방향으로는 넓은 각도 범위로 광을 분산하여 출사하고, Y방향으로는 좁은 각도 범위 내에 한해서 광도가 높은 광을 집중적으로 출사한다. 이러한 출사광의 지향 특성은, 예컨대, 도 12(a)와 같은 그래프로 표시할 수 있다.
(조명 장치 및 액정 장치의 실시예)
액정 장치를 액정의 구동 방식에 의해서 구별하면, 화소 전극을 스위칭 소자(즉, 비선형 소자)에 의해서 구동하는 방식인 능동 매트릭스 방식의 액정 장치와, 스위칭 소자를 이용하지 않는 단순한 매트릭스 배열에 의해서 구성되는 수동 매트릭스 방식의 액정 장치가 생각된다. 양자를 비교하면, 계조나 반응 등이 양호하며, 또한, 고세밀한 표시를 용이하게 달성할 수 있는 점에서 능동 매트릭스 방식 쪽이 유리하다고 생각된다.
또한, 능동 매트릭스 방식의 액정 장치에서는, 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor) 등과 같은 3 단자형 소자를 이용하는 방식과, 박막 다이오드(TFD : Thin Film Diode) 등과 같은 2 단자형 소자를 이용하는 방식이 알려져 있다. 이들 중 TFD 등을 이용한 액정 장치는 배선의 교차 부분이 없기 때문에 배선 사이의 단락 불량이 원리적으로 발생하지 않는 것, 성막 공정 및 포토리소그래피 공정을 단축할 수 있는 것 등과 같은 이점을 갖고 있다.
이하, TFD를 화소 전극을 위한 스위칭 소자로서 이용하는 구조의 능동 매트릭스 방식의 액정 장치에 본 발명을 적용하는 경우를 예로 들어, 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한, 본 실시예의 액정 장치는 외광이 있는 경우에는 반사형으로서 기능함과 동시에 외광이 불충분한 경우에는 투과형으로서 기능하는 반투과 반반사형의 액정 장치인 것으로 한다.
도 1은 그 실시예에 따른 액정 장치(1)를 나타내고 있다. 이 액정 장치(1)는 액정 패널(2)에 FPC(Flexible Printed Circuit : 가요성 인쇄 기판)(3a) 및 FPC(3b)를 접속하고, 또한, 액정 패널(2)의 비표시면 측(도 1의 하면 측)에 도광체(4)를 마련하는 것에 의해 형성된다. 도광체(4)의 액정 패널(2) 반대측에는 제어 기판(5)이 마련된다. 이 제어 기판(5)은, 경우에 따라서, 액정 장치를 구성하는 요소로서 이용되거나, 액정 장치가 장착되는 전자기기를 구성하는 요소로서 이용된다. FPC(3a) 및 FPC(3b)는, 본 실시예의 경우, 액정 패널(2)과 제어 기판(5)을 전기적으로 접속하기 위해서 이용된다.
액정 패널(2)은 환상의 밀봉재(6)에 의해서 서로 접착된 한 쌍의 기판(7a),(7b)을 갖는다. 제 1 기판(7a) 중 제 2 기판(7b)으로부터 연장되는 부분의 표면에는 ACF(Anisotropic Conductive Film : 이방성 도전막)(9)에 의해서 액정 구동용 IC(8a)가 실장된다. 또한, 제 2 기판(7b) 중 제 1 기판(7a)으로부터 연장되는 부분의 표면(도 1의 하측 표면)에는 ACF(9)에 의해서 액정 구동용 IC(8b)가 실장된다.
본 실시예의 액정 장치는 스위칭 소자로서 TFD를 이용한 능동 매트릭스 방식의 액정 장치이고, 제 1 기판(7a) 및 제 2 기판(7b) 중 어느 한쪽은 소자 기판이며, 다른쪽이 대향 기판이다. 본 실시예에서는, 제 1 기판(7a)을 소자 기판이라고 생각하고, 제 2 기판(7b)을 대향 기판이라고 생각하기로 한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 소자 기판으로서의 제 1 기판(7a)의 내면에는 화소 전극(66)이 형성되고, 그 외면에는 편향판(12a)이 점착된다. 또한, 대향 기판으로서의 제 2 기판(7b)의 내면에는 데이터선(52)이 형성되고, 그 외면에는 편향판(12b)이 점착된다. 그리고, 제 1 기판(7a), 제 2 기판(7b) 및 밀봉재(6)에 의해서 둘러싸이는 간격, 소위 셀 갭 내에 액정 L이 밀봉된다.
도 2에는 도시되어 있지 않지만, 제 1 기판(7a) 및 제 2 기판(7b)에는 필요에 따라서 상기 이외의 각종 광학 요소가 마련된다. 예컨대, 액정 L의 배향을 갖추기 위한 배향막이 각 기판의 내면에 마련된다. 이들 배향막은, 예컨대, 폴리이미드 용액을 도포한 후에 소성 함으로써 형성된다. 이 폴리이미드의 폴리머 주쇄(main chain)가 러빙(rubbing) 처리에 의해서 소정의 방향으로 연장되어, 셀 갭 내에 밀봉된 액정 L의 액정 분자는 배향막의 연장 방향을 따라 배향되는 것으로 되어 있다.
또한, 컬러 표시를 행하는 경우에는, 소자 기판에 형성된 화소 전극에 대향하는 부분의 대향 기판에, R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 원색의 컬러 필터가 소정의 배열로 형성되고, 화소 전극에 대향하지 않는 영역에는 Bk(검정색)의 검정 매트릭스가 형성된다. 또한, 컬러 필터 및 검정 매트릭스의 표면 평활화 및 보호를 위해 평활화층이 코팅된다. 대향 기판 측에 마련되는 대향 전극은 상기 평활화층의 위에 형성된다.
도 3은 액정 패널(2)의 전기적 구성을 모식적으로 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 액정 패널(2)에는 복수개의 주사선(51)이 행 방향(X방향)으로 형성되고, 또한, 복수개의 데이터선(52)이 열 방향(Y방향)으로 형성되어, 주사선(51)과 데이터선(52)의 각 교차점에 화소(53)가 형성된다. 각 화소(53)는 액정층(54)과 TFD(Thin Film Diode)(56)의 직렬 접속에 의해서 형성된다.
각 주사선(51)은 주사선 구동 회로(57)에 의해서 구동되고, 또한, 각 데이터선(52)은 데이터선 구동 회로(58)에 의해서 구동된다. 본 실시예의 경우, 주사선 구동 회로(57)는 도 1의 액정 구동용 IC(8a)에 포함되고, 데이터선 구동 회로(58)는 도 1의 액정 구동용 IC(8b)에 포함된다.
도 3에 있어서, 주사선(51) 및 TFD(56)는 도 2의 소자 기판(7a) 내면에 형성되고, 또한, 소자 기판(7a)의 내면에 형성되는 화소 전극(66)은 주사선(51)에 연결된다. 한편, 도 3에 있어서, 데이터선(52)은 도 2의 대향 기판(7b)의 내면에 스트라이프 형상의 전극으로서 형성된다. 소자 기판(7a)과 대향 기판(7b)은 1열 분의 화소 전극(66)과 1개의 데이터선(52)이 서로 대향하는 위치 관계로 되도록, 서로 접합된다. 이 때문에, 액정층(54)은 데이터선(52)과 화소 전극(66)과 이들 사이에 유지되는 액정 L에 의해서 구성되게 된다.
데이터선(52)은, 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전재(導電材)에 의해서 형성된다. 또한, 화소 전극(66)은 Al(알루미늄) 등과 같은 반사성 재료에 의해서 형성된다. 또, 도 3에서는, TFD(56)가 주사선(51) 측에 접속되고,액정층(54)이 데이터선(52) 측에 접속되어 있지만, 이것과는 반대로, TFD(56)를 데이터선(52) 측에 접속하고, 액정층(54)을 주사선(51)의 측에 접속할 수도 있다.
다음에, 도 4는 소자 기판(7a)에서의 1 화소 분량의 구성을 나타내고 있다. 특히 도 4(a)는 그 1 화소 분량의 구성의 평면 구조를 나타내고, 도 4(b)는 도 4(a)의 A-A 선에 따른 단면 구조를 나타내고 있다. 이들 도면에 있어서, TFD(56)는 소자 기판(7a)의 표면에 성막된 절연막(61) 위에 형성된 제 1 TFD(56a) 및 제 2 TFD(56b)라는 2개의 TFD 부분으로 구성되어 있다. 절연막(61)은, 예컨대, 산화탄탈(TA2O5)에 의해서 50∼200㎜ 정도의 두께로 형성된다.
TFD(56a),(56b)는 각각 제 1 금속막(62)과, 이 제 1 금속막(62)의 표면에 형성되어 절연체로서 작용하는 산화막(63)과, 산화막(63)의 표면에 서로 간격을 두어 형성된 제 2 금속막(64a),(64b)에 의해 구성되어 있다. 산화막(63)은, 예컨대, 양극 산화법에 의해서 제 1 금속막(62)의 표면을 산화함으로써 형성된 산화탄탈(TA2O5)에 의해서 구성된다. 또, 제 1 금속막(62)을 양극 산화했을 때에는, 주사선(51)의 기초로 되는 부분의 표면도 동시에 산화되고, 마찬가지로 산화탄탈로 이루어지는 산화막이 형성된다.
산화막(63)의 막 두께는 그 용도에 따라 바람직한 값이 선택되고, 예컨대, 10∼35㎚ 정도이다. 이 막 두께는 하나의 화소에 대하여 1개의 TFD를 이용하는 경우와 비교하여 절반의 두께이다. 또한, 양극 산화에 이용되는 화학 용액으로서는, 특정한 것으로 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 0.01∼0.1중량%의 시트르산 수용액을 이용할 수 있다.
제 2 금속막(64a),(64b)은, 예컨대, Al(알루미늄) 등과 같은 반사성 재료를 스퍼터링법 등과 같은 성막 기술을 이용하여 성막한 후에, 포토리소그래피 및 에칭기술에 의해서 패터닝하여, 최종적으로 50∼300㎚ 정도의 두께로 형성된다. 한쪽의 제 2 금속막(64a)은 그대로 주사선(51)으로 되고, 다른쪽의 제 2 금속막(64b)은 화소 전극(66)에 접속된다.
여기서, 제 1 TFD(56a)는 주사선(51) 측에서 보면 순서대로, 제 2 금속막(64a)/산화막(63)/제 1 금속막(62)의 적층 구조, 즉 금속/절연체/ 금속의 샌드위치 구조를 채용하기 때문에, 그 전류-전압 특성은 정부(正負) 쌍방향에 걸쳐 비선형으로 된다. 한편, 제 2 TFD(56b)는 주사선(51) 측에서 보면 순서대로, 제 1 금속막(62)/산화막(63)/제 2 금속막(64b)으로 되어, 제 1 TFD(56a)와는 반대의 전류-전압 특성을 갖게 된다. 따라서, TFD(56)는 2개의 소자를 서로 반대 방향으로 직렬 접속시킨 형태로 되고, 이 때문에, 하나의 소자를 이용하는 경우에 비하여, 전류-전압의 비선형 특성이 정부 쌍방향에 걸쳐 대칭되게 된다.
제 1 금속막(62)은, 예컨대, 탄탈 단체(單體), 탄탈 합금 등에 의해서 형성된다. 또한, 그 제 1 금속막(62)의 막 두께는 TFD(56)의 용도에 따라 바람직한 값이 선택되지만, 보통은 100∼500㎚ 정도이다. 또, 제 1 금속막(62)으로서 탄탈 합금을 이용하는 경우에는, 주성분인 탄탈에, 예컨대, 텅스텐(tungsten), 크롬(chromium), 몰리브덴(molybdenum), 레늄(rhenium), 이트륨(yttrium), 란탄(lanthanum), 디스프로슘(dysprosium) 등과 같은 주기율표에 있어서 제 6∼제8 족에 속하는 원소가 첨가된다. 이 때, 첨가 원소로서는 텅스텐이 바람직하고, 그 함유 비율은, 예컨대 0.1∼6중량%가 바람직하다.
그런데, 소자 기판(7a)을 구성하는 베이스(17a)는 대향 기판(7b)을 구성하는 베이스(17b)(도 2참조)와 함께, 예컨대, 석영, 유리, 플라스틱 등에 의해서 형성된다. 여기서, 단순한 반사형인 경우에는 소자 기판 베이스(17a)가 투명한 것이 필수 요건은 아니지만, 본 실시예와 같이 반사형 및 투과형의 양쪽으로서 이용하는 경우에는, 소자 기판 베이스(17a)는 투명한 것이 필수적인 요건으로 된다.
또한, 소자 기판(7a)의 표면에 절연막(61)을 마련하는 것은 다음 이유에 의한다. 즉, 첫째, 제 2 금속막(64a),(64b)의 퇴적 후에 있어서의 열처리에 의해, 제 1 금속막(62)이 하지(下地)로부터 박리되지 않도록 하기 위함이다. 또한 둘째, 제 1 금속막(62)에 불순물이 확산되지 않도록 하기 위함이다. 따라서, 이들이 문제로 되지 않으면, 절연막(61)은 생략 가능하다.
또, TFD(56)는 2단자형 비선형 소자로서의 일례이며, 그 외에 MSI(Metal Semi-Insulator) 등과 같은 다이오드 소자 구조를 이용한 소자나, 이들 소자를 역방향으로 직렬 접속 또는 병렬 접속한 것 등을 이용할 수도 있다. 또한, 전류-전압 특성을 정부 쌍방향으로 엄밀하게 대상화할 필요가 없는 경우에는, 하나의 소자만으로 TFD를 구성할 수 있다.
도 4에 있어서, 제 2 금속막(64b)으로부터 연장된 형태로 형성되는 화소 전극(66)은 Al(알루미늄) 등과 같은 반사율이 큰 금속막에 의해서 형성되어 있다. 또한, 화소 전극(66)에는, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 경사 방향에 개구하는슬릿 형상의 개구부(67)가 마련된다. 본 액정 장치가 투과형으로서 기능할 때에는, 이들의 개구부(67)를 통과하는 광이 액정층(54)(도 3참조)으로 진입한다. 또, 화소 전극(66)에는, 반사광이 산란되도록 미소 돌출부(micro protrusion)를 마련하는 것이 바람직하다.
그런데, 액정 패널(2)(도 1참조)은 소자 기판(7a)과 대향 기판(7b)이 서로 일정한 간격을 유지한 상태로 점착되고, 이 간격에 액정 L(도 2참조)이 밀봉된다. 그리고, 액정 L에 배향성을 갖게 하기 위한 러빙 방향은 액정 패널의 시각 특성을 고려하여, 소자 기판(7a)의 경우가 도 4(a)에 화살표 RA로 나타내는 방향으로, 그리고 대향 기판(7b)의 경우가 화살표 RB로 나타내는 방향으로 각각 설정된다. 즉, 전압 무인가 시에 있어서의 액정 분자의 배향 방향를 정하는 러빙 방향은 양 기판을 접합한 상태일 때에, 대향 기판(7b) 측에서 투시하면, 앞쪽에 위치하는 대향 기판(7b)에서는 좌상 방향으로 45°기울어진 방향 RB이며, 배면 측에 위치하는 소자 기판(7a)에서는, 좌하 방향으로 45°기울어진 방향 RA이다. 따라서, 소자 기판(7a)에서의 개구부(67)의 슬릿 방향은 러빙 방향 RA으로 일치하여 형성된다.
또, 러빙 처리는, 일반적으로, 롤러에 감겨진 버프천(buff cloth)을 일정 방향으로 문지르는 것에 의해 행해지기 때문에, 정전기의 발생이나 각종 먼지의 발생 등, 제조 공정에 있어서 바람직하지 못한 사태가 발생하기 쉽다. 본 실시예에서는, 러빙 처리에서 버프천의 진행 방향이 개구부(67)의 슬릿 방향과 일치하기 때문에, 화소 전극(66)의 단차에 의한 영향이 저감되고, 이 결과, 정전기의 발생이나 각종 먼지의 발생을 억제할 수 있다.
또, 상기 설명에서는 제 2 금속막(64a),(64b)과 화소 전극(66)의 조성을 동일하게 했지만, 제 2 금속막(64a),(64b)으로서, 크롬, 티탄, 몰리브덴 등과 같은 비반사성 금속을 패터닝에 의해서 형성하고, 이 후 화소 전극(66)으로서 Al 등과 같은 반사성 금속을 패터닝에 의해서 형성하여도 좋다.
그런데, 화소 전극(66)과 이것에 대향하는 데이터선(52)에 의하여 발생하는 전계 방향은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 개구부(67) 이외에서는 양 기판에 대하여 수직 방향으로 되기 때문에, 그 강도도 같게 된다. 이것에 비하여, 개구부(67)에는 전극이 존재하지 않으므로 화소 전극(66)의 개구단으로부터의 누전(leakage)에 의해서 전계가 발생하는 것에 지나지 않는다. 이 때문에, 개구부(67) 근방에서의 전계 강도는 개구단으로부터 거리가 멀어짐에 따라서 약해지게 되어 같지 않다. 환언하면, 화소 전극(66)에 형성된 개구부(67)의 근처 단에서 등거리인 점, 즉 도 6(a)에 있어서 파선으로 나타내는 점에서는 전계 강도가 거의 같은 것을 의미한다.
한편, 화소 전극(66)이 형성된 소자 기판(7a)의 러빙 방향과, 거기에 형성되는 개구부(67)의 슬릿 방향은 일치하기 때문에, 전압 무인가 시에 있어서, 소자 기판(7a) 측에서의 액정 분자 M은 개구부(67)의 근처 단을 따라 평행하게 배향되게 된다. 따라서, 화소 전극(66)과 데이터선(52) 사이에 전위차가 발생한 경우, 그리고, 특히 이 전위차가 작은 경우, 액정 분자 M의 일단과 타단에서 전계 강도가 같게 되기 때문에, 개구부(67)에 위치하는 액정 분자 M은 전극이 존재하는 영역, 즉반사형으로서 기능할 때에 표시에 기여하는 영역에 위치하는 액정 분자와 마찬가지로 기울어지게 된다. 이 때문에, 개구부(67)를 통과하는 광과 화소 전극(66)에서 반사되는 반사광의 선회 방향(rotatory direction)이 서로 거의 같게 되기 때문에, 투과형과 반사형의 표시 품질 차이를 적게 할 수 있다.
이상과 같이, 개구부(67)의 슬릿 방향과 러빙 방향은 서로 일치하는 것이 바람직하지만, 양자가 ±15° 이내의 각도 범위 내이면, 상기의 표시 품질의 차이를 실용상 지장이 없을 정도로 할 수 있다고 생각된다.
또, 러빙 방향과 개구부(67)의 슬릿 방향이 서로 일치하지 않는 경우에는, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 개구부(67)에 위치하는 액정 분자 M은, 전압 무인가 시에 있어서, 개구부(67)의 근처단과 교차하는 방향으로 배향된다. 이 때문에, 화소 전극(66)과 데이터선(52) 사이에 전위차가 발생하여도, 특히 이 전위차가 작은 경우에는, 액정 분자 M의 일단과 타단의 전계 강도가 다르기 때문에, 반사형으로서 이용할 때에 표시에 기여하는 영역에 위치하는 액정 분자와 마찬가지로 기울지 않는다. 이 결과, 개구부(67)를 통과하는 광과 화소 전극(66)에서 반사되는 반사광에서는 선회 방향이 달라지기 때문에, 투과형과 반사형의 표시 품질에 차이가 생기게 된다.
다음에, 화소 전극(66)에 형성되는 개구부(67)의 폭 및 면적에 대하여 검토한다.
일반적으로, 한 쌍의 기판 사이에 밀봉되는 액정이 TN(Twisted Nematic)형인 경우, 기판 간격은 수 ㎛이며, 이 경우, 예컨대 통상 백색이면, 양 기판의 전극이교차하는 영역의 단부에서 1.5㎛정도 떨어진 점에서도, 전압을 인가하면 전극의 외주 일단으로부터 누전되는 전계의 영향에 의해서 검정 표시가 행해진다.
이것을 근거로 하면, 도 4(a)에 있어서, 슬릿 형상의 개구부(67)의 폭이 1.5㎛의 배인 3㎛정도 이하이면, 개구부(67)의 양측 단부에서 누전되는 전계에 의해서, 해당 개구부(67)의 액정 분자는 전극의 존재 영역과 마찬가지로 경사진다. 환언하면, 슬릿 형상의 개구부(67)의 폭 W를 3㎛ 이상으로 하면, 반사형에서도 투과형에서도 전계에 따라 액정 분자 M이 경사지지 않는 데드 스페이스(dead space)가 화소 전극(66)에 형성된다는 것이다. 따라서, 개구부(67)의 폭 W는 3㎛ 이하인 것이 바람직하다고 생각된다.
그런데, 개구부(67)의 폭 W를 3㎛ 이하로 한 경우, 화소 전극(66)의 크기에 따라서는 복수의 개구부(67)를 마련하지 않으면, 투과형으로서 기능시킬 만큼의 충분한 광량이 얻어지지 않는 것이 상정된다. 반면, 개구부(67)를 다수 마련하여 그 총면적을 늘리면, 투과형으로 한 경우의 투과 광량은 증가하지만, 그만큼 반사 광량이 감소하기 때문에, 반사형으로서 이용하는 경우의 표시 화면이 어둡게 된다. 실험에 따르면, 개구부(67)의 면적을 화소 전극(66)의 면적에 대하여 10∼25%로 설정한 경우에, 투과형 표시와 반사형 표시가 양호한 밸런스로 표시되는 것이 알았다. 또, 여기서 말하는 화소 전극(66)의 면적이란, 엄밀히 말하면, 화소 전극(66)과 데이터선(52)의 교차 영역이고, 검정 매트릭스 등에 의해서 차광되지 않는 유효 표시 영역의 면적이다.
도 1로 되돌아가, 소자 기판으로서의 제 1 기판(7a)의 연장 부분에는 복수의단자(13a)가 형성된다. 이들의 단자는 대향 기판으로서의 제 2 기판(7b)에 대향하는 영역의 제 1 기판(7a) 표면에 화소 전극(66)을 형성할 때에 동시에 형성된다. 또한, 제 2 기판(7b)의 연장 부분에도 복수의 단자(13b)가 형성된다. 이들의 단자는 제 1 기판(7a)에 대향하는 영역의 제 2 기판(7b)의 표면에 데이터선(52)을 형성할 때에 동시에 형성된다.
FPC(3a) 및 FPC(3b)는 폴리이미드 이외의 재료로 이루어지는 가요성 베이스층에 금속막 패턴을 소망의 패턴 형상으로 형성함으로써 제작되어 있다. FPC(3b)의 근처 단부에는 복수의 단자(22)가 마련되고, ACF 등과 같은 도전 접착 요소를 이용하여 그들 단자가 제 2 기판(7b)의 단자(13b)에 도전 접속된다.
FPC(3b)의 다른 근처 단부에 형성된 복수의 단자(23)는 제어 기판(5)의 적절한 위치에 마련한 단자(도시하지 않음)에 접속된다.
한편, FPC(3a)에 대해서는, 액정 패널(2) 측의 근처 단부의 뒤편(도 1의 하측면)에 복수의 패널측 단자(14)가 형성되고, 액정 패널(2)과 반대측의 근처 단부의 표면(도 1의 상측면)에 복수의 제어 기판측 단자(16)가 형성된다. 또한, FPC(3a)의 표면이 넓은 범위에 적절한 배선 패턴(18)이 형성되고, 이 배선 패턴(18)은 한쪽에서 제어 기판측 단자(16)에 직접 접속되고, 다른쪽에 스루홀(19)을 거쳐서 뒤편의 패널측 단자(14)에 연결된다.
또한, FPC(3a)의 이면 즉 배선 패턴(18)과 반대측 면에는, 도광체(4)와 연동 하여 조명 장치를 구성하는 광원 장치(21)가 서로 적당한 간격을 두고 1열로 장착, 즉, 실장되어 있다. 이들의 광원 장치(21)를 위한 배선은, 예컨대, 스루홀을 거쳐서 제어 기판측 단자(16)에 접속된다. 이들의 광원 장치(21)는, 예컨대, 도 7(a)에 나타내는 광원 장치(41A)에 의해서 구성된다. 또, 광원 장치(21)의 발광면, 즉, 도 7(a)의 렌즈(44A)가 형성된 면은, 도 1에 있어서, 화살표 B로 나타내는 방향, 즉 FPC(3a)의 반대 방향을 향하게 되어 있다.
도광판(4)의 액정 패널(2)측 표면에는 확산판(27)이 점착 등에 의해서 장착되고, 도광판(4)의 액정 패널(2) 반대측 표면에는 반사판(28)이 점착 등에 의해서 장착된다. 반사판(28)은 도광체(4)의 광 입사면(4a)에서 취입한 광을 액정 패널(2)의 방향으로 반사한다. 또한, 확산판(28)은 도광체(4)로부터 액정 패널(2)을 향해서 출사되는 광을 평면적으로 균일한 강도로 되도록 확산한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 도광체(4)는 고무, 플라스틱 등에 의해서 형성된 완충재(32)를 사이에 두고 액정 패널(2)의 비표시면 측에 장착된다. 또한, 제어 기판(5)은 도광체(4)의 반사판(28)이 장착된 면에 대향하여 배치된다. 이 제어 기판(5)은 액정 장치(1)를 구성하는 요소로서 도광체(4)의 비표시측 표면에 장착되는 것도 있고, 또는, 본 액정 장치(1)가 이용되는 전자기기를 구성하는 구성 요소로 되는 경우도 있다. 제어 기판(5)의 근처 단부에는 외부 회로와의 접속을 취하기 위한 단자(33)가 형성된다.
도 1에 분해 상태로 나타내는 액정 장치(1)의 각 구성 부분을 조립할 때에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, FPC(3a)의 액정 패널(2) 측 근처 단부를 ACF(34)에 의해서 제 1 기판(7a)의 연장 부분에 접착한다. 이 접착에 의해, 제 1 기판(7a)의 단자(13a)와 FPC(3a)의 단자(14)가 ACF(34) 내의 도전 입자에 의해서도전 접속된다. 그 후, FPC(3a)는 도광체(4)의 광 입사면(4a)을 따라 굽어지고, 이 굽어진 상태에서 FPC(3a)의 근처 단부가 제어 기판(5)의 근처 단부에 겹쳐진다. 그리고, FPC(3a) 측의 단자(16)가 제어 기판(5) 측의 단자(33)에 납땜 또는 그 밖의 도전 접속 방법에 의해서 접속된다.
도전 접속을 위해 FPC(3a)를, 상기한 바와 같이, 구부릴 때, FPC(3a)의 표면에 장착한 복수의 광원 장치(21)는 그 발광면, 즉 렌즈(44A)가 마련된 면이 도광체(4)의 광 입사면(4a)에 대향하여 배치된다. 이와 같이, 도광체(4)의 광 입사면(4a)에 대향하여 광원 장치(21)가 배치되는 것에 의해, 액정 패널(2)에 광을 공급하기 위한 조명 장치가 구성된다. 도 1에 나타내는 또 한 쪽의 FPC(3b)도 마찬가지로 해서, 단자(23)를 형성한 근처 단부가 제어 기판(5)의 적절한 위치에 형성한 제어 기판 측의 단자에 도전 접속된다.
또, 광 입사면(4a)에 대한 광원 장치(21)의 상대적인 위치를 정확하게 위치 결정하려는 경우에는, 광원 장치(21)를 도광체(4)에 대하여 위치 결정하기 위한 적절한 위치 결정 수단을 마련하는 것이 바람직하다. 이러한 위치 결정 수단으로서는, 예컨대, 도 8에 도시하는 바와 같이, 베이스(42)의 적절한 위치에 바람직하게는 복수의 위치 결정용 핀(26)을 마련하고, 한편, 도광체(4)의 광 입사면(4a)이 대응하는 개소에 핀(26)을 꼭 맞게 수납할 수 있는 오목부를 마련하여, 광원 장치(21)가 도광체(4)의 광 입사면(4a)에 대향하는 위치에 놓여졌을 때에, 핀(26)이 상기 오목부에 결합되어, 광원 장치(21)의 위치 결정이 이루어진다고 하는 구성이 생각된다.
또, 본 실시예에서는, 도 7(a)의 광원 장치(41A)의 출사광에 대해서 지향성이 거의 없는 방향인 X방향이, 도 1에 있어서, 도광체(4)의 폭 방향 X으로 일치하고, 또한, 도 7(a)의 광원 장치(41A)의 출사광에 대해서 지향성이 강한 방향인 Y방향이, 도 1에 있어서, 도광체(4)의 높이 방향 Y으로 일치하게 되어 있다.
이상으로부터 형성된 액정 장치(1)에 대하여, 도 2에 있어서, 발광 소자로서의 LED(43)가 발광하면, 그 광이 렌즈(44A)를 통과하여 광 입사면(4a)에서 도광체(4)의 내부로 공급된다. 이 때, 도광체(4)의 광 입사면(4a) 중 치수가 작은 높이 방향(즉, Y방향)에 대해서는 광원 장치(21)의 출사광의 지향 특성을 강하게 설정하기 때문에, 광원 장치(21)로부터의 광을 보다 많이 도광체(4)에 집광시켜 입사시킬 수 있고, 이것에 의해, 도광체(4)에 대한 광의 입사 효율을 높일 수 있다. 한편, 도광체(4)의 광 입사면 중 치수가 큰 폭 방향(즉, X방향)에 대해서는 출사광의 지향 특성을 약하게 설정하여 광을 분산시키도록 했기 때문에, 광도의 균일화를 달성할 수 있다.
도광체(4)에 입사된 광은 반사판(28)에서 반사하여 액정 패널(2)의 방향으로 진행되고, 확산판(27)에 의해서 평면 내에서 균일한 강도로 되도록 확산된 상태로 액정 패널(2)에 공급된다. 공급된 광은 도광체 측의 편향판(12a)을 통과한 성분이 액정층으로 공급되고, 또한 화소 전극(66)과 데이터선(52) 사이에 인가되는 전압의 변화에 따라 화소마다 배향이 제어된 액정에 의해서 화소마다 변조되며, 또한 그 변조광을 표시 측의 편향판(12b)으로 통과시키는 것에 의해, 외부에 상을 표시한다.
본 실시예의 액정 장치(1)에서 이용하는 조명 장치는 치수가 작은 도광체(4)의 높이 방향에 대해서는 광원 장치(21)로 출사광 지향성을 갖게 하고, 치수가 큰 폭 방향에 대해서는 광원 장치(21)로 출사광 지향성을 갖게 하지 않기 때문에, 광원 장치(21)에 발생한 광을 도광체(4)에 의해서 대단히 효율적으로 취입하는 수 있고, 그 결과, 도광체(4)의 광 출사면, 즉 확산판(27)이 마련된 면에서 강도가 높은 광을 평면적으로 균일하게 출사시킬 수 있다. 이 때문에, 액정 패널(2)의 표시 영역 내에 밝고 선명한 상을 표시할 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 광원 장치(21)가 FPC(3a)의 액정 패널(2) 측의 단자(14)와 같은 면에 장착되고, FPC(3a)의 배선 패턴(18)은 스루홀(19)을 거쳐서 그 단자(14)에 접속되는 것에 의해, 광원 장치(21)와 반대측의 면에 마련되고 있다. 그러나, 이러한 구성에 대신하여, 광원 장치(21)를 배선 패턴(18)과 같은 면에 실장할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가요성 기판인 FPC(3a)에 의해서 광원 장치(21)를 지지했지만, 이것에 대신하여, 유리 에폭시 수지 등과 같은 비가요성 기판에 의해서 광원 장치(21)를 지지할 수도 있다. 이 경우에는, 비가요성 기판을 도광체(4)에 대하여 위치 결정함으로써 광원 장치(21)를 도광체(4)의 광 입사면(4a)에 대향하는 위치에 위치 결정할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 반투과 반반사형으로 TFD를 이용한 능동 매트릭스 방식의 액정 장치에 본 발명을 적용했지만, 본 발명은 기타 각종 방식의 액정 장치, 예컨대 반사형의 액정 장치, 투과형의 액정 장치, TFD 이외의 스위칭 소자를이용한 능동 매트릭스 방식의 액정 장치, 스위칭 소자를 이용하지 않는 수동 매트릭스 방식의 액정 장치 등에 대하여 적용할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 광원 장치(21)로서 도 7(a)에 나타내는 광원 장치(41A)를 이용했지만, 도 7(b)에 나타내는 광원 장치(41B)나 도 7(c)에 나타내는 광원 장치(41C)를 이용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 이들의 광원 장치(41B),(41C)에 대하여 도 8에 나타내는 것과 같은 위치 결정용 핀(26)을 마련하여, 도광체(4)에 대한 광원 장치(41B),(41C)의 위치 결정을 할 수 있는 것도 물론이다.
(전자기기의 실시예)
도 9는 본 발명에 따른 액정 장치를 각종 전자기기의 표시 장치로서 이용하는 경우의 일 실시예를 나타내고 있다. 여기에 나타내는 전자기기는 표시 정보 출력원(100), 표시 정보 처리 회로(101), 전원 회로(102), 타이밍 생성기(103), 그리고 액정 장치(104)를 갖는다. 또한, 액정 장치(104)는 액정 패널(105) 및 구동 회로(106)를 갖는다. 액정 장치(104)는 도 1에 나타낸 액정 장치(1)를 이용할 수 있고, 액정 패널(105)은 도 1에 나타낸 액정 패널(2)을 이용할 수 있다.
표시 정보 출력원(100)은 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등과 같은 메모리, 각종 디스크 등과 같은 저장 유닛, 디지털 화상 신호를 동조 출력하는 동조 회로 등을 구비하고, 타이밍 생성기(103)에 의해서 생성된 각종 클럭 신호에 근거하여, 소정 포맷의 화상 신호 등과 같은 표시 정보를 표시 정보 처리 회로(101)에 공급한다.
표시 정보 처리 회로(101)는 직렬-병렬 변환 회로나, 증폭 반전 회로, 로테이션 회로, 감마 보정 회로, 클램프 회로 등과 같은 주지의 각종 회로를 구비하여, 입력된 표시 정보의 처리를 실행하고, 그 화상 신호를 클럭 신호 CLK와 동시에 구동 회로(106)에 공급한다. 구동 회로(106)는 도 3에 있어서의 주사선 구동 회로(57)나 데이터선 구동 회로(58), 검사 회로 등을 총칭한 것이다. 또한, 전원 회로(102)는 각 구성 요소에 소정의 전원을 공급한다.
도 10은 본 발명에 따른 전자기기의 일 실시예인 모바일형의 퍼스널 컴퓨터를 나타내고 있다. 여기에 나타내는 퍼스널 컴퓨터(110)는 키보드(111)를 구비한 본체부(112)와, 액정 표시 유닛(113)을 갖는다. 액정 표시 유닛(113)은, 도 1에 나타내는 액정 장치(1)를 포함하여 구성된다. 도 11은 본 발명에 따른 전자기기의 다른 일 실시예인 휴대 전화기를 나타내고 있다. 여기에 나타내는 휴대 전화기(120)는 복수의 조작 버튼(121)과, 액정 장치(1)를 갖는다.
도 10 및 도 11의 실시예로 이용되는 액정 장치(1)는, 도 1에 관련하여 설명한 바와 같이, 반투과 반반사형의 액정 장치이므로, 컴퓨터나 휴대 전화기가 외광(外光)이 불충분한 장소에 놓여진 경우에도, 광원 장치(21) 및 도광체(4)에 의해서 구성되는 조명 장치, 소위 백 라이트를 점등시키는 것에 의해, 하등의 지장 없이 표시를 확인할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광원 장치는 발광 소자의 발광면에 마련한 렌즈의 기능에 의해, 일방향에 대해서는 출사광의 지향성이 강하고, 그것과 직각인 방향에 대해서는 지향성이 약하다고 하는 특성을 가지고 있다. 즉, 상기 일방향에 대해서는 강도가 강한 광이 좁은 각도 범위에 한정되어 출사되고, 그리고 직각 방향에 대해서는 임의의 각도로 전부 광이 발산된다. 이 때문에, 광을 공급하는 대상물의 형상에 따라 적절히 상기 일방향 및 상기 직각 방향을 설정함으로써, 광이 대상물 이외의 곳으로 불필요하게 진행되는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 그 결과, 광을 효율적으로 그 대상물에 입사시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 조명 장치에 의하면, 도광체의 광 입사면 중 치수가 작은 높이 방향에 대해서는 광원 장치의 출사광의 지향 특성을 강하게 설정했기 때문에, 광원 장치로부터의 광을 보다 많이 도광체로 입사시킬 수 있게 되어, 도광체에 대한 광의 입사 효율을 향상할 수 있다. 또한, 도광체의 광 입사면 중 치수가 큰 폭 방향에 대해서는 출사광의 지향 특성을 약하게 설정하여 광을 분산시키도록 했기 때문에, 광도의 균일화를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액정 장치 및 전자기기에 의하면, 그것에 이용되는 조명 장치에 대해서 도광체로의 광 입사 효율을 높였기 때문에, 광원에 대한 발광 능력, 즉 소비 전력을 변환하지 않고, 액정 장치의 표시 영역 내에 밝고 보기 쉬운 표시를 할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 광을 방출하는 광원 장치와, 해당 광원 장치로부터의 광을 광 입사면에서 받아 광 출사면으로부터 출사하는 도광체를 갖는 조명 장치에 있어서,
    상기 광원 장치는, 발광 소자와, 상기 발광 소자로부터 방출되는 광을 받는 렌즈를 갖고,
    상기 렌즈는 일 방향의 광 출사 지향성이 그와 직각 방향의 광 출사 지향성보다도 강한 특성을 갖는 렌즈이며,
    광 출사 지향성이 강한 상기 일 방향은 상기 도광체의 높이 방향으로 설정되고, 광 출사 지향성이 약한 상기 직각 방향은 상기 도광체의 폭 방향으로 설정되며,
    상기 렌즈는 상기 발광 소자의 광 출사면에 마련되고, 표면이 프레넬 렌즈인 부분 원주 형상인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    광을 집광하는 렌즈를 상기 도광체의 광 입사면에 마련한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 한 쌍의 기판 사이에 액정을 유지하여 이루어지는 액정 패널과, 해당 액정 패널에 광을 공급하는 조명 장치를 갖는 액정 장치에 있어서,
    상기 조명 장치는, 광을 방출하는 광원 장치와, 해당 광원 장치로부터의 광을 광 입사면에서 받아 광 출사면으로부터 출사하는 도광체를 갖고,
    상기 광원 장치는, 발광 소자와, 해당 발광 소자로부터 방출되는 광을 받는 렌즈를 갖고,
    상기 렌즈는, 일 방향의 광 출사 지향성이 그와 직각 방향의 광 출사 지향성보다도 강한 특성을 갖는 렌즈이며,
    광 출사 지향성이 강한 상기 일 방향은 상기 도광체의 높이 방향으로 설정되고, 광 출사 지향성이 약한 상기 직각 방향은 상기 도광체의 폭 방향으로 설정되며,
    상기 렌즈는 상기 발광 소자의 광 출사면에 마련되며, 프리즘 형상인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  9. 한쌍의 기판 사이에 액정을 유지하여 이루어지는 액정 패널과, 해당 액정 패널에 광을 공급하는 조명 장치를 갖는 액정 장치에 있어서,
    상기 조명 장치는, 광을 방출하는 광원 장치와, 해당 광원 장치로부터의 광을 광 입사면에서 받아 광 출사면으로부터 출사하는 도광체를 갖고,
    상기 광원 장치는, 발광 소자와, 해당 발광 소자로부터 방출되는 광을 받는 렌즈를 갖고,
    상기 렌즈는, 일 방향의 광 출사 지향성이 그와 직각 방향의 광 출사 지향성보다도 강한 특성을 갖는 렌즈이며,
    광 출사 지향성이 강한 상기 일방향은 상기 도광체의 높이 방향으로 설정되고, 광 출사 지향성이 약한 상기 직각 방향은 상기 도광체의 폭 방향으로 설정되며,
    상기 렌즈는 상기 발광 소자의 광 출사면에 마련되고, 표면이 프레넬 렌즈인 부분 원주 형상인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서,
    광을 집광하는 렌즈를 상기 도광체의 광 입사면에 마련한 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  12. 액정 장치와, 상기 액정 장치의 동작을 제어하는 제어 회로를 갖는 전자기기에 있어서,
    상기 액정 장치는 청구항 8, 청구항 9 및 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 액정 장치에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기기.
KR10-2001-0041904A 2000-07-13 2001-07-12 조명 장치, 액정 장치 및 전자기기 KR100440524B1 (ko)

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